Cinética de la descomposición del ozono y de su aplicación a la degradación de un compuesto modelo utilizando ozono y radiación ultravioleta

Abstract

El Ozono es conocido como uno de los oxidantes más importantes, que ha sido utilizado para la degradación de contaminantes, solo o en combinación con Peróxido de Hidrógeno o Radiación UV. En el último caso, la radiación potencia su capacidad oxidativa gracias al incremento en la generación de radicales hidroxilo. Cuando el objetivo es el diseño y dimensionamiento de reactores para llevar a cabo el proceso de oxidación, es necesario contar con herramientas que así lo permitan, como por ejemplo expresiones cinéticas intrínsecas. En los procesos que involucran Ozono + UV, estas expresiones no pueden ser fenomenológicas sino que deben considerar en forma desagregada los fenómenos de transferencia de materia gas/líquido (cuando corresponda) y la evaluación de la velocidad de absorción de fotones, el conjunto de reacciones que ocurren en simultáneo (Fotólisis, oxidación directa, oxidación vía radicales) y la interacción entre ellos. En esta tesis se desarrolló un modelo matemático completo, que representa la reacción de descomposición de un contaminante modelo, el Ácido Dicloroacético, considerando todos los caminos paralelos de oxidación del contaminante, incluyendo la descomposición espontánea y la Fotólisis del Ozono en agua. El modelo matemático contempla,además, la velocidad local de absorción de energía. Para lograr este objetivo es necesario conocer las cinéticas de las reacciones que ocurren en paralelo. Por lo tanto se debió elaborar esquemas cinéticos que representen cada uno de estos procesos y determinar la velocidad de reacción del contaminante modelo. Finalmente se verificó experimentalmente las predicciones del modelo matemático propuesto.

Ozone is known as one of the most important oxidants, which has been used for the degradation of different pollutants, alone or in combination with hydrogen peroxide or UV radiation. In the latter case, radiation increases its oxidative capacity due to the enhanced generation of hydroxyl radicals. When the objective is the design and dimensioning of reactors to carry out the oxidation process, it is necessary to find convenient tools, as intrinsic kinetic expressions could be. In particular, for processes involving Ozone + UV, these expressions can not be phenomenological. They must consider on a disaggregated basis the phenomena of gas/liquid mass transfer (where applicable) and the evaluation of the rate of photons absorption, the set of reactions that occur simultaneously (photolysis, direct oxidation, radical oxidation pathway) and the interaction between them. In this thesis, it was developed a comprehensive mathematical model that represents the decomposition reaction of a model pollutant, dichloroacetic acid, using a reaction kinetic scheme that considers all the parallel paths of oxidation of the contaminant and includes the spontaneous decay and the photolysis of ozone in water. The mathematical model includes, besides, the local volumetric rate of energy absorption. To achieve this goal it was necessary to know the kinetics of the reactions that occur in parallel. Therefore kinetic schemes should be developed to represent each of these processes and validate them experimentally, in order to determine the reaction rate for the model pollutant. Finally, the predictions of the proposed mathematical model were experimentally verified.